数控车床刀架故障诊断 范例详解Word文件下载.docx

数控车床刀架故障诊断 范例详解Word文件下载.docx

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.数控刀架的发展趋势是：

随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。

1.1项目背景

数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高技术含量的机电一体化产品。

近期我国在数控机床的发展方面，主要采用跟踪高级型、发展普及型、扩大经济型，以普及型为主的策略，重点发展。

最近几年，我国数控机床呈现高速发展、展销两旺的态势。

在今后相当长的一段时间内，受我国国民经济增长平稳，固定资产投资增长的强劲拉动，机床工具行业仍将持续、稳定增长，经济效益逐步提高。

数控刀架作为数控机床必须的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床故障的高发点。

目前我国数控机床主机厂刀架资源有以下五个来源：

（1）主机厂自制；

（2）来自意大利和德国；

（3）来自烟台环球机床附件集团有限公司；

（4）来自江苏常州地区若干企业；

（5）来自台湾地区。

其中常州地区的刀架生产企业占据经济性刀架的主流市场。

1.2项目开发的目的意义

本课题是我校在企业“华中数控股份有限公司”的相关人员协助下自行完成的。

目前，我们过多的是实习操作，在操作过程中难免会有一些故障出现，对于数控机床刀架作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床故障的高发点，因此，我们在熟悉机床运行及刀架结构后，更要深入透彻的研究刀架所会出现的故障，通过对刀架故障研究学习，既巩固了以前与刀架及机床相关知识，也知道刀架故障一般出现在机械方面，电气方面和参数方面，并通过这三方面进行故障排除，通过学习，知识面更广，也为以后进入企业打下坚固的基础，利用所学知识为企业减轻负担，提高生产效率及经济效益。

1.3数控机床刀架目前存在的问题和解决办法

存在问题：

（1）控制粗，自诊断功能弱，故障率高，排除时间长；

（2）无锁紧状态、智能识别功能；

（3）控制通用性差；

（4）影响中高档刀架的推广。

解决办法：

首先按刀架的不同控制方式进行分类，将各种刀架的控制系统程序都集中在单片机上，通过刀架选择开关确定对不同刀架的控制。

其次根据刀架发讯装置的不同，设计专用的接口电路。

经过这样设计的刀架控制系统可以控制电动单向转、电动双向转、液压等各类型刀架且可兼容4工位、6工位、8工位、12工位等多种规格刀架。

实现刀架控制程序的通用性。

其次独立的刀架控制系统可与CNC连接，一方面可以大大简化CNC侧刀架控制程序的编制工作，另一方面可以实现经济型数控系统对双向转刀架的控制。

该刀架控制系统也可以脱离CNC单独使用，其内装的刀架自检测程序可控制刀架运行，在刀架发生故障时用以判断故障在刀架侧或在CNC侧。

根据各种刀架的控制过程，将刀架运行过程中可能出现的各种故障，制作出诊断表，分配故障代码，给出故障报警，方便用户维修。

对于电动单向转刀架的锁紧控制。

采用电流检测，做到控制精确，以延长刀架的使用寿命、减少故障率。

1.4完成论文（设计）的条件

完成此论文具有充分的条件，硬件设施一应俱全，在校内拥有国家级实训基地，为我们提供了充足且多样化的数控机床，还设有相应的维修实验室，在实验室内，设备齐全，利于我们刀架故障维修实习及电工实习，还有机房以便软件学习、设计。

在软件方面即理论专业知识的学习，我们学习了《电工电子》、《机床电气控制》、《机械制图》、《机械基础》、《数控机床》、《数控故障诊断与维护》等基础理论知识。

实践是检验真理的唯一途径，在学习专业知识后，进行了相应的实习，如：

电工实习、钳工实习、故障维修实习，还有数控车床、铣床的实习，并取得了数控车床高级工证，铣床中级工证，对于计算机的学习，学习了CAD、UG软件，通过理论知识的学习和动手操作实践，使之互相巩固，相互促进，汲取各方面知识，更有利于提升发现问题、分析问题、解决问题的能力，实现自我价值。

1.5项目特色和创新点

本项目采用单片机作为整个控制系统的中心控制部件，以实现刀架的智能化控制。

具有以下特色：

（1）通用性好。

能控制多种型号的刀架，并可兼容多种CNC系统。

方便生产厂家及用户，做到通用性强，减少维修环节，减少成本。

（2）自动识别相序。

能自动识别相序的排列，使现场安装简单，易于操作。

避免相序接错后刀架的堵转，进而避免故障率，提高刀架的使用寿命。

（3）锁紧状态智能化识别。

自动识别锁紧力的大小，做到出厂刀架的锁紧力基本相同，降低刀架制作难度，确保刀架的精度和使用寿命，增强产品的竞争力。

（4）宽电压使用。

对刀架控制器的电源作相应处理，使控制系统的使用较少的受电源的波动。

（5）故障自诊断及报警。

本控制系统能根据刀架产生故障时不同的现象，将其分类，并在显示窗口上显示出来，使维修人员能尽快找到故障点，减少维修时间并减少维修人员的工作量。

（6）自检测、监测功能。

本功能作为刀架控制系统的一个扩展功能。

可作为刀架生产厂家在刀架出厂时控制刀架做老化试验。

1.6主要技术参数

机床一般采用四工位和六工位刀台。

刀具用T1位数指令来选择刀具的功能。

T1~T4（或T6）指定相应的刀台中的任意一把，刀台接受T指令后正转，通过刀台霍尔元件找到刀台位，正转停止，反转接通，刀台锁紧。

目前，CNC系统还可进行刀具半径补偿、刀具长度补偿以及刀具寿命管理和自动刀具测量等。

下表2-1和2-2是CK6140数控车床刀架的主要技术参数

表格2-1技术参数

项目

单位

技术参数

刀架

快速移动速度X/Z

m/min

3/6

刀位数

4

刀方尺寸

mm

20×

20

X向行程

200

Z向行程

800

表格2-2代码

G代码

组

功能

G40

07

取消刀尖补偿

G41

刀尖半径R补偿（左）

G42

刀尖半径R补偿（右）

1.7主要技术指标

（1）可以控制电动单向转、电动双向转、液压等各类型刀架

（2）能够自动识别相序

（3）能够识别锁紧状态

（4）允许电源电压波动的范围达±

15%

（5）本产品设计完成后将达到功能完善、性能优良、运行可靠、自动化程度高等特点。

2《数控机床刀架故障诊断》研究方案

2.1数控机床刀架基本概念及工作原理

经济型数控车床具有手动和自动两种，刀架有4工位、6工位、8工位、12工位等多种规格刀架，其中常用的为方刀架。

方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样，有四个刀位，能装夹四把不同功能的刀具，方刀架回转90°

时，刀具交换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制。

2.1.1数控车床刀架

（1）数控机床方刀架（见附录）

换刀时方刀架的动作顺序是：

刀架抬起——刀架转位——刀架定位——夹紧刀架。

（2）数控机床六角回转刀架（见附录）

（3）盘形自动回转刀架

（4）车削中心用动力刀架

2.1.2加工中心自动换刀装置

（1）转塔式自动换刀装置

（2）180°

回转式换刀装置

（3）回转插入式换刀装置

（4）二轴转动式换刀装置

（5）无机械手交换刀具方式

（6）机械手换刀

为完成上述动作要求，要有相应的辅助机构来实现，下面就介绍一下常见数控车床刀架的工作顺序的完成步骤。

这样才会达到功能完善、性能优良、运行可靠、自动化程度高等特点。

刀架动作顺序如图所示：

具体工作顺序为：

当主机系统发出转位信号后，刀架电动机转动，电机带动蜗轮转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮与螺杆用键连接，螺杆转动把夹紧轮往上抬，从而使三齿圈（内齿圈、外齿圈、夹紧圈）都松开。

这时，离合销进入离合盘槽内，反靠销同时脱离反靠盘槽子，上刀体开始转动，当上刀体转到对应的刀位时，磁钢与发讯盘上的霍尔元件相对应，发出到位信号。

系统收到信号后发出电机反转延时信号，电机反转，上刀体稍有反转，反靠销进入反靠盘槽子实行初定位，离合销脱离离合盘槽子，夹紧轮往下压紧内外齿圈直至锁紧，延时结束。

主机系统指令下一道工序。

2.2数控机床刀架故障诊断机械方面

数控机床刀架机械结构装配图及零件拆分图并加以标注说明

（机械结构图及零件拆分图见附录）

2.3数控机床刀架故障诊断电气方面

强电控制电机正、反转电路图

弱电控制电路刀位信号线

（电路图及明细表见附录）

2.4数控机床刀架故障实例分析与故障排除

2.4.1常见故障及排故分析：

一、在数控车床的使用过程中，自动回转刀架常常会发生故障。

现在简单介绍一下常用车床回转刀架中常见的故障及排除措施。

故障1：

刀架不转位（一般系统会提示刀架位置信号错误）。

原因分析：

刀架继电器过载后断开。

刀架电动机380V相位错误。

由于刀架只能顺时针转动（刀架内部有方向定位机械机构），若三相位接错，刀架电动机一通电就反转，则刀架不能转动。

刀架电动机三相电缺相。

刀架位置信号所用的24V电源故障。

刀架内中心轴上的推力球轴承被轴向定位盘压死，轴承不能转动，使得刀架电动机不能带动刀架转动。

拆下零件检查原因，发现由于刀架转位带来的震动，使得螺钉松动，定位键长时间承受正反方向的切向力，会使得定位键损坏，螺母和定位盘向下移动，给轴承施加较大轴向力，使其转动不得。

控制系统内的“系统位置板”故障，刀架到位后，“系统位置板”应能检测到刀架位置信号。

排除措施：

检查机床强电线路，拆开刀架，调整推力球轴承向间隙，更换损坏零件，检查24V电源，更换“系统位置板”。

故障2：

刀架转位，但刀架锁不紧或不到位，用手扳动时，刀架可左右晃动。

刀架电动机反转电路故障，电动机不反转，因为当刀具转动到位后，电动机应即刻反转，将刀架落下，定位并锁定于刀架底座定位槽中。

如果电动机不反转，则不能完成动作，必将造成刀架松动。

刀架转动时，用于提升刀架的螺杆初始位置不对，使回复位置也不对。

在刀架内部定位中心轴上，装有一个用于提升和落下刀架的螺杆，其底部的凸台应与刀架蜗轮上的凹槽相配合，初始位置应使凸台与凹槽镶入适当深度，使刀架提升和落下高度一样，此时，刀架才